一种中深层地热井热泵过热保护系统

技术领域

本发明属于地热应用技术领域，涉及一种中深层地热井热泵过热保护系统。

背景技术

20世纪80年代以后，随着地源热泵技术在一些欧美地区和亚洲国家的推广应用，地热能热物性原位测试技术应运而生。瑞典、德国、美国、加拿大、英国、瑞士、土耳其、日本、韩国等国先后研制出了地热能热物性原位测试设备，其中有许多设备已经得到了大规模的推广和应用。我国对地热能物性原位测试设备的研究开始的较晚，但现在也已自主研发了多种形式的测试设备，积累了大量的数据及丰富的实践经验。

目前我国地热能技术基本成熟，地热能作为清洁新能源在节能减排、低碳城市发展中发挥着重要作用。地热能的利用主要包括浅层、中深层地热能利用，浅层地热能已得到广泛应用，地热能应用向中深层地热能技术应用发展，且一经提出受到各界高度关注，但中深层地热能应用中还存在一些技术问题。其中，中深层地热能系统使用初始出水温度过高(50℃以上)，导致热泵主机进水温度过高因过热保护停机也是一个重要的技术问题。

因此，需要一种中深层地热系统，可以解决现有中深层地热系统因地热井初始水温过高导致热泵主机过热保护停机的技术问题。

发明内容

本发明解决技术问题所采取的技术方案是：一种中深层地热井热泵过热保护系统，包括：地源热泵主机、热交换器、中深层地热井、用户末端，中深层地热井的进水口通过井侧进水管连通至地源热泵主机的蒸发器出水口，中深层地热井的出水口通过井侧出水管连通至地源热泵主机的蒸发器进水口，用户末端进水口通过用户侧进水管连通至地源热泵主机冷凝器的出水口，用户末端出水口通过用户侧出水管连通至地源热泵主机冷凝器的进水口，井侧出水管与中深层地热井的出水口之间串联有第一水泵，用户侧出水管上串联有第二水泵；

热交换器的热侧进水口通过交换一管连通至第一水泵的出水口，热交换器的热侧出水口通过交换二管连通至中深层地热井的进水口，热交换器的冷侧进水口通过交换三管连通至地源热泵主机的蒸发器出水口，热交换器的冷侧出水口通过交换四管连通至地源热泵主机的蒸发器进水口，交换四管上串联有第三水泵；

井侧进水管上串联有第一水阀门，井侧出水管上串联有第二水阀门，交换一管上串联有第三水阀门，交换三管上串联有第四水阀门；

整个地热系统可分为几个循环水路，一个是用户末端与地源热泵主机冷凝器之间的采暖水路，一个是中深层地热井与地源热泵主机蒸发器之间的地热采集水路，一个是中深层地热井与热交换器热侧的交换器吸热水路，一个是热交换器冷侧与地源热泵主机蒸发器之间的交换器放热水路；当中深层地热井的井口温度过高容易损坏热泵主机时，开启第一水阀门、第三水阀门、第四水阀门、关闭第二水阀门，进而关闭地热采集水路、开启交换器吸热水路与交换器放热水路，间接降温对地源热泵主机蒸发器进行热交换，以防止损坏热泵主机，此时开启第一水阀门的目的是当中深层地热井内缺水时进行补水；当中深层地热井的井口温度正常并且不会损坏热泵主机时，开启第一水阀门、第二水阀门，关闭第三水阀门、第四水阀门，进而关闭交换器吸热水路与交换器放热水路、开启地热采集水路，直接升温对地源热泵主机蒸发器进行热交换，提高热采集效率。

优选的，所述热交换器为板式热交换器。

优选的，所述第一水阀门、第二水阀门、第三水阀门、第四水阀门均为电控电动调节阀，电控电动调节阀用于远程对各水阀门进行开合控制，实现远程切换水路。

更优的，所述第一水阀门、第二水阀门、第三水阀门、第四水阀门电连接至热泵控制中心。

更优的，所述中深层地热井的出水口处设有出水温度传感器，出水温度传感器电连接至热泵控制中心；水温传感器将中深层地热井实时反馈，以便于热泵控制中心根据出水温度调节控制水流水路。

优选的，所述第一水泵为耐高温水泵，耐高温泵能够耐受80°的高温水流，防止因水流温度过高对普通泵的损伤，因此，耐高温泵能够减少故障降低损失。

优选的，所述中深层地热井为圆柱状的中深层同心管换热井，中深层地热井分为井内中心管、井内环状管，井内环状管将井内中心管环形包裹在内，中深层地热井、井内中心管、井内环状管同轴，井内中心管、井内环状管在井底连通。

更优的，所述中深层地热井的进水口位于井内环状管的上端，中深层地热井的出水口位于井内中心管的上端。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过将地热井与热泵主机之间的水路分成地热采集水路、交换器吸热水路与交换器放热水路，并且三路水路能够进行开合关闭切换，在井口水位过高容易损坏热泵主机时，间接升温对热泵主机蒸发器进行热交换以控制温度高点，在井口水位正常不会损坏热泵主机时，直接升温对热泵主机蒸发器进行热交换，提高热采集效率，因此，本发明能够有效防止初始水温过高对热泵主机的损坏。

2、本发明在地热井井口设置温度传感器，将控制三路水路能够进行开合关闭切换的水阀门采用电控电动调节阀，并且将温度传感器、水阀门均电连接至热泵控制中心，使得控制中心能够实时根据热井井口温度变化远程控制开合水阀门，即使地热井井口突然温度升高也不会损伤热泵主机，因此，本发明使得水路切换自动化和迅速化，保护热泵主机智能化。

附图说明

图1是一种中深层地热井热泵过热保护系统的示意图；

图2是地热井局部放大图。

图中，1、地源热泵主机；2、热交换器；3、中深层地热井；4、用户末端；5、井侧进水管；6、井侧出水管；7、用户侧进水管；8、用户侧出水管；9、第一水泵；10、第二水泵；11、交换一管；12、交换二管；13、交换三管；14、交换四管；15、第三水泵；16、第一水阀门；17、第二水阀门；18、第三水阀门；19、第四水阀门；20、出水温度传感器；301、井内中心管；302、井内环状管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的相关技术进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1～2，一种中深层地热井热泵过热保护系统，包括：地源热泵主机1、热交换器2、中深层地热井3、用户末端4，中深层地热井3的进水口通过井侧进水管5连通至地源热泵主机1的蒸发器出水口，中深层地热井3的出水口通过井侧出水管6连通至地源热泵主机1的蒸发器进水口，用户末端4进水口通过用户侧进水管7连通至地源热泵主机1冷凝器的出水口，用户末端4出水口通过用户侧出水管8连通至地源热泵主机1冷凝器的进水口，井侧出水管6与中深层地热井3的出水口之间串联有第一水泵9，用户侧出水管8上串联有第二水泵10；

热交换器2的热侧进水口通过交换一管11连通至第一水泵9的出水口，热交换器2的热侧出水口通过交换二管12连通至中深层地热井3的进水口，热交换器2的冷侧进水口通过交换三管13连通至地源热泵主机1的蒸发器出水口，热交换器2的冷侧出水口通过交换四管14连通至地源热泵主机1的蒸发器进水口，交换四管14上串联有第三水泵15；

井侧进水管5上串联有第一水阀门16，井侧出水管6上串联有第二水阀门17，交换一管11上串联有第三水阀门18，交换三管13上串联有第四水阀门19；

整个地热系统可分为几个循环水路，一个是用户末端4与地源热泵主机1冷凝器之间的采暖水路，一个是中深层地热井3与地源热泵主机1蒸发器之间的地热采集水路，一个是中深层地热井3与热交换器2热侧的交换器吸热水路，一个是热交换器2冷侧与地源热泵主机1蒸发器之间的交换器放热水路；当中深层地热井3的井口温度过高容易损坏热泵主机时，开启第一水阀门16、第三水阀门18、第四水阀门19、关闭第二水阀门17，进而关闭地热采集水路、开启交换器吸热水路与交换器放热水路，间接降温对地源热泵主机1蒸发器进行热交换，以防止损坏热泵主机，此时开启第一水阀门16的目的是当中深层地热井3内缺水时进行补水；当中深层地热井3的井口温度正常并且不会损坏热泵主机时，开启第一水阀门16、第二水阀门17，关闭第三水阀门18、第四水阀门19，进而关闭交换器吸热水路与交换器放热水路、开启地热采集水路，直接升温对地源热泵主机1蒸发器进行热交换，提高热采集效率。

进一步的，所述热交换器2为板式热交换器。

进一步的，所述第一水阀门16、第二水阀门17、第三水阀门18、第四水阀门19均为电控电动调节阀，电控电动调节阀用于远程对各水阀门进行开合控制，实现远程切换水路。

更进一步的，所述第一水阀门16、第二水阀门17、第三水阀门18、第四水阀门19电连接至热泵控制中心。

更进一步的，所述中深层地热井3的出水口处设有出水温度传感器20，出水温度传感器20电连接至热泵控制中心；水温传感器将中深层地热井3实时反馈，以便于热泵控制中心根据出水温度调节控制水流水路。

进一步的，所述第一水泵9为耐高温水泵，耐高温泵能够耐受80°的高温水流，防止因水流温度过高对普通泵的损伤，因此，耐高温泵能够减少故障降低损失。

进一步的，所述中深层地热井3为圆柱状的中深层同心管换热井，中深层地热井3分为井内中心管301、井内环状管302，井内环状管302将井内中心管301环形包裹在内，中深层地热井3、井内中心管301、井内环状管302同轴，井内中心管301、井内环状管302在井底连通。

更进一步的，所述中深层地热井3的进水口位于井内环状管302的上端，中深层地热井3的出水口位于井内中心管301的上端。

实施例

本实施例的安装过程为：

第一步，中深层地热井3中心管和套管与地源热泵主机1连通，并连通地热井侧循环水泵，即第一水泵9，第一水泵9采用耐高温水泵。

第二步，板式热交换器2连通在地源热泵主机1和中深层地热井3供回水管之间，设置一台板式换热器侧循环水泵，即第三水泵15。

第三部，地源热泵主机1与用户末端4连通，回水管连通用户侧循环水泵，即第二水泵10。

本实施例在地源热泵主机1和中深层地热井3之间设置热交换器2，在系统运行初期，中深层地热井1换热后出来的热水温度过高(50℃以上)，调节电控电动调节阀，开启第一水阀门16、第三水阀门18、第四水阀门19、关闭第二水阀门17，使热水先通过热交换器2，通过小流量转换大流量的方法，将50℃左右水温转换成35℃温水，再进入地源热泵主机1的蒸发器侧，地源热泵主机1的冷凝器侧水管连通用户末端4，对用户进行冬季供暖；系统运行一段时间后，中深层地热井1的井口出水温度降低至35℃温水，水温稳定后切换电控电动调节阀，开启第一水阀门16、第二水阀门17，关闭第三水阀门18、第四水阀门19，使中深层地热井1通过土壤换热后出来的热水直接进热泵主机1，为用户末端4进行冬季供暖。

综上所述，本发明提供了一种中深层地热井热泵过热保护系统，通过将地热井与热泵主机之间的水路分成地热采集水路、交换器吸热水路与交换器放热水路，并且三路水路能够进行开合关闭切换，在井口水位过高容易损坏热泵主机时，间接升温对热泵主机蒸发器进行热交换，在井口水位正常不会损坏热泵主机时，直接升温对热泵主机蒸发器进行热交换，提高热采集效率，本发明能够有效防止初始水温过高对热泵主机的损坏，因此本发明拥有广泛的应用前景。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。